类胡萝卜素和叶黄素

类胡萝卜素是脂溶性色素，由长链共轭多烯构成，赋予植物性食物多种黄色、橙色和红色。它们分为胡萝卜素（纯碳氢化合物，如β-胡萝卜素和番茄红素）和叶黄素（含氧类胡萝卜素，如叶黄素和玉米黄质）。类胡萝卜素作为单线态氧猝灭剂、维生素A原的膳食来源以及眼睛黄斑色素而受到研究。

Definition

类胡萝卜素是C40异戊二烯色素，具有扩展的共轭双键系统；叶黄素是含氧的亚类，含有羟基、酮基或环氧基团，与纯碳氢化合物的胡萝卜素有所区别。

Scope

本主题涵盖类胡萝卜素和叶黄素的结构和分类、其吸光多烯链的化学性质和抗氧化行为、维生素A原的转化、叶黄素和玉米黄质在视网膜中的作用，以及大型β-胡萝卜素补充剂试验的经验教训。本内容为生物化学和营养学参考，不提供临床指导。

Core questions

• 类胡萝卜素和叶黄素如何分类？它们为何呈现颜色？
• 它们抗氧化、猝灭单线态氧活性的化学基础是什么？
• 哪些类胡萝卜素是维生素A原？它们如何转化？
• 叶黄素和玉米黄质为何在眼睛中积累？β-胡萝卜素试验揭示了什么？

Key concepts

• 胡萝卜素与叶黄素
• 共轭多烯发色团
• 单线态氧猝灭
• 维生素A原转化
• 叶黄素和玉米黄质作为黄斑色素
• 脂肪依赖性吸收和生物利用度

Key theories

基于多烯的单线态氧猝灭

共轭多烯链使类胡萝卜素能够吸收光并以热量形式耗散单线态氧和过氧自由基的能量，这是一种不同于酚类化合物氢供体的抗氧化模式。

情境依赖性促氧化行为

在高浓度或高氧张力下，一些类胡萝卜素可能充当促氧化剂，这一概念被用来解释高剂量β-胡萝卜素补充剂试验中意想不到的危害。

Mechanisms

类胡萝卜素扩展的共轭双键系统吸收可见光，赋予其颜色，并能通过接受单线态氧的激发能并以热量形式释放，从而物理性地猝灭单线态氧，同时也能清除过氧自由基。β-胡萝卜素等维生素A原类胡萝卜素被裂解为视黄醛和视黄醇，有助于维持维生素A水平。叶黄素和玉米黄质选择性地积聚在黄斑中，在那里它们过滤蓝光并猝灭活性氧。由于类胡萝卜素是亲脂性的，其吸收取决于膳食脂肪和食物基质，在高浓度或高氧张力下，其抗氧化行为可能逆转为促氧化作用。

Clinical relevance

类胡萝卜素生物化学是膳食对维生素A水平贡献以及黄斑色素在眼健康中作用研究的基础，而β-胡萝卜素补充剂试验是理解为何分离的高剂量抗氧化剂可能表现出意想不到作用的试金石。本条目旨在支持机制和证据理解，而非作为补充剂或治疗决策的依据。

Epidemiology

观察性研究表明，摄入富含类胡萝卜素的食物与多种健康结局相关，然而，针对吸烟者进行的高剂量β-胡萝卜素随机试验却发现肺癌发病率增加，这一对比是该领域解释食物来源与补充剂来源类胡萝卜素摄入差异的核心。

Evidence & guidelines

证据范围从色素和吸收化学到观察性营养研究，再到大型随机补充剂试验；特别是β-胡萝卜素试验重塑了对分离抗氧化剂补充的看法。此处不发布任何临床指导。

History

类胡萝卜素化学通过20世纪对植物色素以及胡萝卜素与维生素A关系的研究得以确立。随着1990年代和2000年代生物利用度和生物转化研究的深入，营养学兴趣也随之增强，而1994年的α-生育酚、β-胡萝卜素试验及相关研究促使人们对高剂量类胡萝卜素补充剂进行了重大反思。

Debates

为什么高剂量β-胡萝卜素补充剂会增加吸烟者的肺癌风险？

针对高风险吸烟者的试验发现，补充β-胡萝卜素增加了肺癌发病率，这与观察性预期相反，从而引发了关于高浓度和高氧张力下促氧化行为以及保护性食物基质丧失的假设。

Key figures

• Norman Krinsky
• Robert M. Russell
• Clive E. West
• Richard A. Bone

Seminal works

• castenmiller-1998
• krinsky-2003
• atbc-1994

Frequently asked questions

胡萝卜素和叶黄素有什么区别？

两者都是类胡萝卜素，但胡萝卜素（如β-胡萝卜素和番茄红素）是纯碳氢化合物，而叶黄素（如叶黄素和玉米黄质）的结构中还含有氧原子。

膳食脂肪对类胡萝卜素的吸收为何重要？

类胡萝卜素是脂溶性的，因此它们与膳食脂质一起被吸收；脂肪含量极低的膳食会减少类胡萝卜素的摄取量。